小朋友一天可以流多少口水？──2019搞笑諾貝爾化學獎

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

「您去找家庭醫學科或牙科做年度健檢時，可以進行漱口檢測。」2023 年 8 月《口腔健康前沿》（Frontiers in Oral Health）期刊加拿大論文的共同作者，誠心推薦：「這個簡單的口腔發炎評估工具，能於任何診所實施。」「優良的口腔衛生，跟定期看牙一樣，總是備受推崇，特別是看在此證據的份上。」通訊作者也在一旁幫腔。^[1]所以，他們到底是研究什麼口腔疾患？ 誤會大了，重點是心臟病啊！

研究設計

研究團隊招募了 18 至 30 歲之間，不抽菸、BMI 小於 30 kg/m²，沒有高血壓與心血管疾病，且常規藥物不會影響相關功能的 16 名男性跟 12 名女性，總共 28 名受試者。其中女性採樣時間必須在月經頭 2 天；口服避孕藥使用者為服用安慰劑期間；^[註]其餘避孕方式則一律排除。研究團隊希望藉由篩選的條件，盡力避開老化、個人宿疾、特定生理差異等，各種會干擾結果的因素。^[2]

人都找好之後，試驗步驟大致如下：8 小時內避免運動和攝取任何咖啡因或酒精，並且除了飲水外，禁食 6 小時。正式採樣當天，先測量身高、體重，用自來水潄口 10 秒，吐掉；稍候2分鐘，又以 10 毫升的生理食鹽水漱個 30 秒，再吐進 20 毫升的唾液收集管，送驗口腔嗜中性白血球計數（oral neutrophil counts）。接著平躺至少 10 分鐘，以心電圖測量心律；然後維持同樣的姿勢，測量血壓、脈波速率（pulse wave velocity）和肱動脈血流介導舒張（brachial artery flow-mediated dilation）。^[2]

口腔嗜中性白血球計數是牙齦發炎程度的指標。檢體與 4% 的甲醛混合，冷藏於 4°C 的冰箱內直到檢驗，不得超過2天。經過離心機高速轉動處理後，除去上層澄清的液體，將沉澱的細胞與 500 µl 的 Hank’s 平衡鹽溶液混合。以 4 µg 的吖啶橙（Acridine orange）染劑，為其中 250 µl 的細胞上色，並靜置於室溫的暗房裡 15 分鐘。取出稀釋 10 倍，於顯微鏡下放大 200 和 400 倍，以血球計數盤（haemocytometer）輔助，肉眼計算嗜中性白血球的數量。^[2]

另外，脈波速率是感測脖子與大腿內側的脈搏，以二者的距離和脈波傳導的時間差計算速率，進而瞭解動脈的硬度：^{[2, 3]}脈波速率愈快，代表血管壁愈硬。肱動脈血流介導舒張則是暫時阻塞血流再放行，透過超音波取得影像，以上臂肱動脈直徑變化的百分比，來反映其內皮功能的情形。^[2]

漱口檢測的原理

受試者雖然沒有已知的口腔問題，但是某些其實有程度不等的牙齦發炎。研究團隊從上述諸多檢測的結果，歸納出一個明顯的現象：當口腔發炎愈嚴重，嗜中性白血球計數愈高；肱動脈舒張的變化就越小，即血管內皮功能越差。其他項目則沒有特別的關聯。^[2]

他們解釋，這是因為細菌組成的生物膜，也就是牙菌斑（dental plaque），所分泌的代謝物，滲透過牙齦溝（sulcus）上的連接上皮（junctional epithelium），擴散進入血流。於是，口腔發炎就變成系統性的發炎。此時，系統內的發炎性細胞素（inflammatory cytokines）濃度上升，因而減少血管內皮的一氧化氮（nitric oxide）產量，間接削弱血管舒張的能力，久而久之就容易得到動脈粥狀硬化（atherosclerosis）。^[2]

比起繁複或侵入性的心血管檢測，漱口絕對方便舒適許多。不過，現在這個前驅研究的規模甚小，因此論文的通訊作者表示，期望未來能納入牙周病患者，進一步探索不同程度的牙齦發炎，與心血管疾病的關係。^[1]

備註

口服避孕藥每份有 28 顆，其中 21 或 24 顆含荷爾蒙，其餘的則為安慰劑。^[4]

1. Gillham AB. (18 AUG 2023) ‘A simple mouth rinse could spot early heart disease risk’. Frontiers Science News.
2. Hong K, Ghafari A, Mei Y, et al. (2023) ‘Oral inflammatory load predicts vascular function in a young adult population: a pilot study’. Frontiers in Oral Health, 4:1233881.
3. ‘Measurement of pulse wave velocity’. (03 JUL 2013) NHS Health Research Authority, U.K.
4. ‘The pill (combined oral contraceptive pill)’. (JUN 2023) Healthdirect Australia.

曾經有過一段黃金時代，音樂家和工程師們想要聯手為電吉他做一個新的拾音器、合成器或很棒的破音踏板，只是時機已逝。當杜蘭．杜蘭（Duran Duran）的鍵盤手尼克．羅德斯（Nick Rhodes，1980 年代的英國流行歌手）和倫敦帝國學院的工程學教授克里斯．圖馬祖（Chris Toumazou）在 2015 年的一次飛行旅途中相遇，他們並沒有談到音樂，反而成立了一家消費者 DNA 公司：GeneU。

根據DNA訂製護膚品，只需要吐一口口水

在 GeneU 位於倫敦龐德街（Bond Street）的豪華商店中，銷售員們都有博士學位，而顧客只需花 1,000 美元，就可以將口水吐入試管中，並且在 30 分鐘後收到一份根據自己 DNA 訂製的護膚產品。想像一下，把美國最大彩妝店絲芙蘭（Sephora）置入《2001 年太空漫遊》（2001 Space Odyssey）的情境裡，但更加奢華，而且跟吐口水有關。

合作並沒有成功，並且在 2019 年關閉了商店。然而以 DNA 為號召的美容服務在網際網路上崛起的速度還是比老太太臉上長出皺紋的速度更快。這些公司掃瞄你的染色體，尋找可能影響膠原蛋白分解、曬斑、皺紋、破壞自由基甚至是恐怖的橘皮組織風險的任何相關遺傳變異。許多商店根據你的 DNA 訂製的面霜或保濕霜的售價都過高。誰不想擁有 20 歲的漂亮皮膚紋理，即使那意味著要花一些錢？你說是吧。但是在忍痛為根據 DNA 訂製的護膚療程花費數百歐元之前，最好確認它的效果會比一般產品更好。將遺傳訊息用於美容潤膚乳是否有真正的優勢？DNA 會說出哪些你還不知道的皮膚訊息？

只要有科學根據就可以永遠年輕？

皮膚的衰老絕對有很強的遺傳成分存在。DNA 佔皮膚衰老過程中個體差異因素約 60%，而其餘 40% 則取決於環境與生活方式，其中陽光照射和吸煙居首位。

科學論文和消費者基因體學公司堅守那些數字，儘管它們僅出自 2005 年進行的一項研究，因此我們應該要謹慎參考。除了百分比，我們可以說遺傳因素對健康、漂亮的皮膚很重要，科學家們已經發現了數十種與維持皮膚紋理和膚質有關的基因。  但是黑心藥品在化妝品行銷中也不在少數，所以任何時候都必須謹慎行事。尤其在「美麗」和「科學」這兩個名詞同時出現時，但其實這種情況還蠻常見的。根據遺傳學量身訂製的保養品問題不在於有沒有科學根據—皮膚紋理和衰老都具有遺傳成分，而是在現實生活中要如何運用。

把膠原蛋白吃掉的基因變異——MMP1

以護膚主要成分的膠原蛋白為例，膠原蛋白是讓你的皮膚緊緻和年輕的蛋白質：膠原蛋白支架塌陷時，會產生皺紋，這就是為什麼它在皮膚保養中如此受重視。許多護膚 DNA 檢測著眼於 MMP1 基因的變異，這個變異編碼一種吞噬膠原蛋白的酶，因此是美麗的敵人。

DNA 檢測背後的基本原理是，某些 MMP1 的變異比其他變異更具活性

護膚公司會掃瞄你的 DNA，並據此調整你日常生活中膠原蛋白的量：MMP1 愈活躍，他們在產品中添加的膠原蛋白就愈多。從理論上來說，這似乎是很聰明的做法。實際上，不論你的遺傳組成為何，與其進行昂貴的 DNA 訂製程序，不妨考慮在日常中添加稍多的膠原蛋白，這可能是更簡單且更便宜的做法。

透過 DNA 檢測真的會比較了解自己？

相同的邏輯也適用於其他 DNA 皮膚護理檢測，例如，許多分析會針對影響氧化敏感度的變異，並決定你適合採用多少劑量的抗氧化劑：遺傳敏感度愈高，添加到你訂製產品中的抗氧化劑量就愈高。但是老話一句，如果抗氧化劑有用，那麼為什麼不直接在日常生活中加入呢？

其他護膚套組可以檢測你是否天生就是乾性皮膚，會有酒糟鼻或橘皮組織，以便你可以使用特定產品以預防這些問題。假設這些預測是正確的（在許多情況下這令人存疑），它們是否有用？即使沒有 DNA 檢測，大多數成年人也已經知道自己皮膚的弱點。流行科技網誌 Gizmodo 的記者克莉斯汀．布朗 (Kristen Brown) 嘗試了一家消費者公司的 DNA 優化護膚程序，得出了相同的結論，她寫道：「事實證明，我自己可能比嘗試破解許多奧秘的演算法更瞭解自己皮膚裡的 DNA。」

在嘗試了 4 個步驟的常規程序和 10 個據稱適合她遺傳組成的每日補充藥物之後，克莉斯汀發現她的膚質開始惡化，因此回復到她自己的兩項產品的常規程序。

未來可能有效，但是目前卻無法證實

化妝品業具有使用不實科學術語和圖像為其產品賦予高科技或醫療假象的不變傳統，這種作為在渴望新穎性且鮮有真正突破的市場中是可以理解的。儘管「肥皂水」不像「卸妝水」那樣流行，實際上它們是一樣的東西。DNA 量身訂製的護膚只是最新趨勢。這些公司引用了數十篇據稱可以支持他們主張的科學論文，但是這些研究至今仍未得到證實，它們只是與皮膚老化遺傳學相關的基礎科學，而不是旨在檢驗防治效果的實用試驗。日後檢測的結果可能有效，只是現在幾乎沒有任何科學證據能證明它們確實如此。

• 文／楊朝源

點仔膠，黏著跤。
叫阿爸，買豬腳。
豬跤箍仔滾爛爛，枵鬼囝仔~流喙瀾~

——童謠《點仔膠》

或許你曾經聽過這首童謠，但你可曾想過，歌曲中嘴饞的死小孩，一天到底可以流多少口水呢？就讓來自日本的渡辺茂先生告訴你吧！

實驗重點：嚼一嚼，吐出來，秤重

1995 年，渡辺茂先生為了測量小孩子一天可以分泌多少口水，找來了男、女各 15 位的 5 歲孩子，其中也包括自己的孩子（其他人該不會是兒子的幼稚園同學吧XD）。

實驗將一天分成三種時間：進食、非進食與睡眠，各自的分泌速率測量如下：

• 睡眠時段：分泌量少，忽略不計。
• 非進食時段的測量：在每個小孩吞下口水後計時五分鐘，在這五分鐘內小孩將不能進行任何吞嚥的動作，五分鐘後嘴裡的口水全部吐出來秤重。
• 進食時段的測量：準備了六種常見的食物，讓他們咀嚼米飯、香腸、馬鈴薯泥、餅乾、蘋果與醃蘿蔔，在感覺可以吞下的時候吐出來，研究者會將食物重新秤重，跟未經咀嚼的食物原重相比，就能得出他們分泌了多少唾液。（整個實驗就是在訓練孩子的反抗吞嚥反射啊！）

量測非進食與進食時的口水流量後，再去紀錄兩天中各每個孩子的進食與睡眠時間，最後便可以計算出小孩每天約可以分泌多少口水。

研究團隊測量出小孩在非進食的時候，口水平均流量為每分鐘 0.26 毫升。進食的時候則是吃餅乾時分泌最快，約是每分鐘 4.7 毫升，依序則是醃蘿蔔、香腸、麻鈴薯泥和蘋果，最慢的則是吃米飯時，每分鐘約分泌2.4 毫升，總平均約為每分鐘分泌 3.6 毫升。

根據測量結果，若假設一個五歲小孩一天花 80 分鐘吃東西和睡覺 9 小時，一名五歲兒童一天平均會製造出 500 毫升左右的口水。實驗結果挑戰了當時認為每個人一天會分泌至少一公升口水的概念，指出大人與小孩的口水分泌量應該有很大的差異。

在頒獎典禮上渡辺茂先生甚至帶了他的兒子來，在 20 多年後重現了這個實驗，吃香蕉、嚼嚼嚼，最後吐出來秤重。

想得到搞笑諾貝爾獎嗎？口水是你的好夥伴

靠著這看起來有點荒謬的實驗，渡辺茂先生獲得了搞笑諾貝爾化學獎，然而這個研究和化學到底有什麼關係呢？雖然研究過程與化學或許真的沒有太大關係，但作為一種化學溶液，口水可是很複雜的呀！

口水含有多種電解質、酵素與化學物質，可以初步分解澱粉來幫助消化，也具有消毒殺菌的功用。因此口水分泌量與口腔衛生與健康息息相關，氣候、年齡、甚至飲食習慣都可能影響口水分泌的多寡，也有研究指出長期抽菸會導致口水分泌量減少²，這也就是為何科學家們會對口水的流量這麼認真地研究了。

而與口腔無關的是，葡萄牙博物館研究者 Paula M. S. Romão發表了一篇關於利用口水來清潔歷史文物的文章，證明了口水中的酵素具有強大的清潔能力，也因此成為了 2018 搞笑諾貝爾化學獎的得主。

想要得到搞笑諾貝爾卻又不想研究尿尿或便便嗎？口水或許是一個相當不錯的研究選擇喔！

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參考資料

1. Watanabe, S., Ohnishi, M., Imai, K., Kawano, E., & Igarashi, S. (1995). Estimation of the total saliva volume produced per day in five-year-old children. Archives of oral biology, 40(8), 781-782.
2. Singh, M., Ingle, N. A., Kaur, N., Yadav, P., & Ingle, E. (2015). Effect of long-term smoking on salivary flow rate and salivary pH. Journal of Indian Association of Public Health Dentistry, 13(1), 11.